特許 7154186 ガスセンサ及びガスセンサの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-06

(45)【発行日】2022-10-17

(54)【発明の名称】ガスセンサ及びガスセンサの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/409 20060101AFI20221007BHJP

   G01N 27/41 20060101ALI20221007BHJP

   G01N 27/419 20060101ALI20221007BHJP

【ＦＩ】

G01N27/409 100

G01N27/41 325J

G01N27/419 327J

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019080685

(22)【出願日】2019-04-22

(65)【公開番号】P2020176965

(43)【公開日】2020-10-29

【審査請求日】2021-10-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100113022

【弁理士】

【氏名又は名称】赤尾 謙一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100110249

【弁理士】

【氏名又は名称】下田 昭

(74)【代理人】

【識別番号】100116090

【氏名又は名称】栗原 和彦

(72)【発明者】

【氏名】相川 佳則

(72)【発明者】

【氏名】多比良 大輔

【審査官】黒田 浩一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０６３１８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０６１５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２９４０７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１６１３２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２１２４０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／４０９

Ｇ０１Ｎ ２７／４１

Ｇ０１Ｎ ２７／４１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

センサ素子であって、自身の外表面に当該センサ素子個体に関連する情報である第１情報が格納された第１情報部が付されたセンサ素子と、
前記第１情報部が表出するように前記センサ素子を保持する主体金具と、
前記第１情報部を含む前記センサ素子の外周を覆いつつ、前記主体金具に接合されたケースと、を備えたガスセンサであって、
前記ガスセンサ又は該ガスセンサと一体の外部部品の外表面に、前記第１情報の少なくとも一部を含む第２情報が格納された第２情報部が付され、
前記第１情報は、前記センサ素子の製造情報を含み、前記第２情報は、前記第１情報及び前記第１情報に含まれない出力特性情報を含むことを特徴とするガスセンサ。

【請求項2】

前記第２情報部は、前記主体金具の六角形部の平面に付されていることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。

【請求項3】

センサ素子の外表面に、当該センサ素子個体に関連する情報である第１情報が格納された第１情報部を付す第１情報部付与工程と、
前記第１情報を読み取る第１情報読み取り工程と、
前記第１情報読み取り工程の前か後に、前記第１情報部が表出するように前記センサ素子を主体金具に保持する主体金具保持工程と、
前記主体金具保持工程の後に、前記第１情報部を含む前記センサ素子の外周をケースで覆ってガスセンサを組み付けると共に、前記第１情報読み取り工程で読み取った前記第１情報の少なくとも一部を含む第２情報を、第２情報部に格納して、前記ガスセンサ又は該ガスセンサと一体の外部部品の外表面に付す第２情報部付与工程と、
を有することを特徴とするガスセンサの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば燃焼器や内燃機関等の燃焼ガスや排気ガス中に含まれる特定ガスのガス濃度を検出するのに好適に用いられるガスセンサ及びガスセンサの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、内燃機関の排気ガス中の特定成分（酸素等）の濃度を検出するためのガスセンサが用いられている。このガスセンサは、センサ素子を主体金具に組み付けて製造されている。センサ素子は、固体電解質体と一対の電極とを有して形成されるが、個々のセンサ素子ごとに電極の厚みや寸法が若干変動し、両電極間に生じる起電力等の出力特性も若干変動する。このため、個々のセンサ素子ごとに出力特性を測定しておき、その情報を素子やガスセンサの外面に付す技術が知られている（特許文献１参照）。そして、このガスセンサにコントローラを接続する際に、この出力特性情報を読み取り、コントローラの校正（出力値補正やランク補正）を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－２１２４０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、個々のセンサ素子ごとの出力特性情報を素子自体に付した場合、センサ素子をガスセンサに組付けるとセンサ素子が外筒等の内部に隠れてしまう。一般的なガスセンサにおいて、外筒等は加締めや溶接等の方法によって主体金具に接合されているため、ガスセンサを破壊して外筒等を取り除かなければ、出力特性情報を読み取ることができないという問題がある。
また、出力特性情報をガスセンサの外面に付す場合、組み付け前のセンサ素子の状態で出力特性情報を記憶しておく必要があるが、センサ素子を取り違えて別のガスセンサに誤った出力特性情報を付してしまう恐れがある。

【0005】

そこで、本発明は、少なくともセンサ素子個体に関連する情報を、ガスセンサ又はガスセンサと一体の外部部品の外表面に誤りなく付すことができるガスセンサ及びガスセンサの製造方法の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明のガスセンサは、センサ素子であって、自身の外表面に当該センサ素子個体に関連する情報である第１情報が格納された第１情報部が付されたセンサ素子と、前記第１情報部が表出するように前記センサ素子を保持する主体金具と、前記第１情報部を含む前記センサ素子の外周を覆いつつ、前記主体金具に接合されたケースと、を備えたガスセンサであって、前記ガスセンサ又は該ガスセンサと一体の外部部品の外表面に、前記第１情報の少なくとも一部を含む第２情報が格納された第２情報部が付され、前記第１情報は、前記センサ素子の製造情報を含み、前記第２情報は、前記第１情報及び前記第１情報に含まれない出力特性情報を含むことを特徴とする。

【0007】

このガスセンサによれば、センサ素子の外表面に第１情報部が付され、かつガスセンサ（又は該ガスセンサと一体の外部部品）の外表面に、第１情報の少なくとも一部を含む第２情報が格納された第２情報部が付されている。
従って、センサ素子がガスセンサに組み付けられて第１情報部が隠ぺいされても、ガスセンサ又はガスセンサと一体の外部部品の外表面に付された第２情報部を読み取れば、組付け後であっても、非破壊で第１情報を読み取ることができる。また、第２情報は、センサ素子個体の第１情報の少なくとも一部を含むので、センサ素子を取り違えて別のガスセンサに誤った第２情報部を付すことを防止できる。
その結果、センサ素子個体に関連する情報を、ガスセンサ又はガスセンサと一体の外部部品の外表面に誤りなく付すことができる。
なお、「接合」とは、ケースが溶接等で主体金具に取り外し不能に結合したことをいう。

【0008】

また、このガスセンサによれば、第１情報として、製造情報を用いて個々のセンサ素子を特定できるので、管理が容易となる。又、第２情報にセンサ素子の出力特性情報を含めるので、ガスセンサに組み付け後に出力特性情報を容易に読み取ることができる。

【0009】

本発明のガスセンサにおいて、前記第２情報部は、前記主体金具の六角形部の平面に付されていてもよい。
六角形部の平面は、外筒等のような曲面でないので、第２情報をカメラ等で読み取り易い。

【0010】

本発明のガスセンサの製造方法は、センサ素子の外表面に、当該センサ素子個体に関連する情報である第１情報が格納された第１情報部を付す第１情報部付与工程と、前記第１情報を読み取る第１情報読み取り工程と、前記第１情報読み取り工程の前か後に、前記第１情報部が表出するように前記センサ素子を主体金具に保持する主体金具保持工程と、前記主体金具保持工程の後に、前記第１情報部を含む前記センサ素子の外周をケースで覆ってガスセンサを組み付けると共に、前記第１情報読み取り工程で読み取った前記第１情報の少なくとも一部を含む第２情報を、第２情報部に格納して、前記ガスセンサ又は該ガスセンサと一体の外部部品の外表面に付す第２情報部付与工程と、を有する。

【0011】

このガスセンサの製造方法によれば、センサ素子がガスセンサに組み付けられて第１情報部が隠ぺいされる前に第１情報を読み取り、読み取った第１情報に基づいて第２情報部を付すようにすれば、ガスセンサ組付け後に第１情報を読み取れなくなる不具合が解消される。また、センサ素子を取り違えて別のガスセンサに誤った第２情報部を付すことを防止できる。
その結果、センサ素子個体に関連する情報を、ガスセンサ又はガスセンサと一体の外部部品の外表面に誤りなく付すことができる。

【発明の効果】

【0012】

この発明によれば、少なくともセンサ素子個体に関連する情報を、ガスセンサ又はガスセンサと一体の外部部品の外表面に誤りなく付すことができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態に係るガスセンサ（酸素センサ）の軸線方向に沿う断面図である。

【図2】センサ素子を主体金具で保持したガスセンサの中間品、第１情報部及び第２情報部、並びに第１情報部を読み取る態様を示す図である。

【図3】ガスセンサ又はガスセンサと一体の外部部品に第２情報部を付す別の態様を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の実施形態に係るガスセンサ（酸素センサ）１の軸線Ｏ方向に沿う断面図、図２はセンサ素子１００を主体金具３０に組付けたガスセンサ１の中間品である素子アセンブリ１ｘの正面図である。

【0015】

図１に示すように、ガスセンサ１は、軸線Ｏ方向に延びる板状のセンサ素子１００、自身の内部に挿通配置されたセンサ素子１００を保持する筒状の主体金具３０、主体金具３０の先端部に装着されるプロテクタ２４等を有している。
センサ素子１００は、固体電解質体と該固体電解質体に配置された一対の電極とを有する検知部１００ａを先端側に備え、電極パッド１０２（図２）を後端側に備えている。

【0016】

主体金具３０は、ＳＵＳ４３０製のものであり、ガスセンサを排気管に取り付けるための雄ねじ部３１と、取り付け時に取り付け工具をあてがう六角形部３２とを有した筒状をなしている。また、主体金具３０には、径方向内側に向かって突出する金具側段部３３が設けられており、この金具側段部３３はセンサ素子１００を保持するためのセラミックホルダ３５の先端向き面に係合している。主体金具３０の内側にはセラミックホルダ３５、滑石３７が先端側から順に配置されている。セラミックホルダ３５には、軸線Ｏに沿うように軸孔が設けられ、内部にセンサ素子１００を挿通している。

【0017】

主体金具３０内で滑石３７が圧縮充填されることによって、センサ素子１００は主体金具３０に対して固定されると共に、センサ素子１００の表面と主体金具３０の内面との間のシール性が確保される。そして滑石３７の後端側には、アルミナ製のスリーブ（絶縁ホルダ）３９が配置されている。このスリーブ３９には軸線Ｏに沿うように軸孔が設けられ、内部にセンサ素子１００を挿通している。そして、主体金具３０の後端側の加締め部３０ａが内側に折り曲げられており、Ｏリング部材５５を介してスリーブ３９が主体金具３０の先端側に押圧されている。

【0018】

また、主体金具３０の先端側外周には、主体金具３０の先端から突出するセンサ素子１００の先端部を覆うと共に、複数のガス取り入れ孔を有する金属製のプロテクタ２４が溶接によって取り付けられている。このプロテクタ２４は、二重構造をなしており、外側には一様な外径を有する有底円筒状の外側プロテクタ４１、内側には外側プロテクタ４１よりも小径で有底円筒状の内側プロテクタ４２が配置されている。
プロテクタ２４と主体金具３０とは溶接以外にも、加締め、圧入などの方法によって接合することができる。

【0019】

一方、主体金具３０の後端側には、ＳＵＳ４３０製の外筒２５の先端側が挿入されている。この外筒２５は先端側の拡径した先端部２５ａを主体金具３０にレーザ溶接等により固定している。外筒２５の後端側内部には、セパレータ５０が配置され、セパレータ５０と外筒２５の隙間に保持部材５１が介在している。この保持部材５１は、セパレータ５０の鍔部５０ａの瀬端向き面に係合し、外筒２５を加締めることにより外筒２５とセパレータ５０とにより固定されている。
外筒２５と主体金具３０とは溶接以外にも、加締め、圧入などの方法によって接合することができる。

【0020】

また、セパレータ５０には、リード線１１～１５を挿入するための挿通孔５０ｂが先端側から後端側にかけて貫設されている（なお、リード線１４、１５については図示せず）。挿通孔５０ｂ内には、リード線１１～１５と、電極パッド１０２とを接続する接続端子１６が収容されている。各リード線１１～１５は、外部において、図示しないコネクタに接続されるようになっている。このコネクタを介してＥＣＵ等のコントローラ（外部機器）と各リード線１１～１５とは電気信号の入出力が行われることになる。また、各リード線１１～１５は詳細に図示しないが、導線を樹脂からなる絶縁皮膜にて披覆した構造を有している。

【0021】

さらに、セパレータ５０の後端側には、外筒２５の後端側の開口部２５ｂを閉塞するための略円柱状のゴムキャップ５２が配置されている。このゴムキャップ５２は、外筒２５の後端内に装着された状態で、外筒２５の外周を径方向内側に向かって加締めることにより、外筒２５に固着されている。ゴムキャップ５２にも、リード線１１～１５をそれぞれ挿入するための挿通孔５２ａが先端側から後端側にかけて貫設されている。

【0022】

図２は、センサ素子１００を主体金具３０で保持したガスセンサの中間品１ｘ、第１情報部１１０及び第２情報部７０、並びに第１情報部１１０を読み取る態様を示す。
図２に示すように、センサ素子１００の一方の主面の後端側には、２つの電極パッド１０２が幅方向に離間して配置され、電極パッド１０２より先端側で、主体金具３０の後端から表出する部位に、二次元バーコードからなる第１情報部１１０がレーザで刻設されている。
センサ素子１００への第１情報部１１０の付設は次のように行うことができる。

【0023】

まず、このセンサ素子１００を主体金具３０に組み付ける前、裸の状態のセンサ素子１００を所定の測定治具にセットし、出力特性を測定する。本例では、出力特性は、所定の被測定ガス雰囲気中でのセンサ素子１００の電極間に流れるＩｐ（検出）電流である。
制御部（コンピュータ）２１０は、個々のセンサ素子１００に割り当てられた第１情報（センサ素子個体に関連する情報）を、対応するセンサ素子１００にレーザ刻印機等により付設させると共に、対応するセンサ素子１００の第１情報と測定した出力特性情報とを関連付けてデータベース２００に記憶する。データベース２００に記憶されたデータ２０２の例を図２に示す。

【0024】

その後、センサ素子１００が各種工程に流れ、第１情報部１１０が表出するように主体金具３０に組み付けられて中間品１ｘとなると、図示しないカメラ等によって第１情報部１１０に格納された第１情報が読み取られる。
制御部２１０は、データベース２００を参照し、読み取った第１情報から対応付けられた出力特性情報を読み出し、この中間品１ｘの主体金具３０の六角形部３２の平面にレーザ刻印機等により第２情報部７０を付設させる。この第２情報部７０に格納された第２情報は、上述の第１情報と出力特性情報とを含む。なお、「格納」とは、第１情報部１１０及び第２情報部７０にそれぞれ第１情報、第２情報が読み取り可能に含まれていればよいことを意味する。
なお、六角形部３２は、その後の工程で外筒２５やプロテクタ２４を取り付けても隠ぺいされずにガスセンサ１の外表面に露出する部位である。そして、六角形部３２の平面は、外筒２５等のような曲面でないので、第２情報をカメラ等で読み取り易いという利点がある。

【0025】

以上のように、センサ素子１００の外表面に第１情報が格納された第１情報部１１０が付され、かつガスセンサ１（又は該ガスセンサと一体の外部部品）の外表面に、第１情報の少なくとも一部を含む第２情報が格納された第２情報部７０が付されている。
従って、センサ素子１００がガスセンサ１に組み付けられて第１情報部１１０が隠ぺいされても、ガスセンサ１又はガスセンサ１と一体の外部部品の外表面に付された第２情報部７０を読み取れば、組付け後に第１情報を読み取れなくなる不具合が解消される。
特に、本実施形態のガスセンサ１においては、主体金具３０に溶接によって接合された外筒２５により、第１情報部１１０は隠ぺいされている。従って、ガスセンサ１が完成した状態から、第１情報部１１０に格納された第１情報を読み取るには、ガスセンサ１を破壊して外筒２５を取り外さなければならないが、第２情報部７０をさらに付すことで、ガスセンサ１を組み付けた後であっても非破壊で第１情報を読み取ることができる。

【0026】

また、第２情報は、センサ素子個体の第１情報の少なくとも一部を含むので、センサ素子１００を取り違えて別のガスセンサ１に誤った第２情報部７０を付すことを防止できる。
その結果、センサ素子個体に関連する情報を、ガスセンサ又はガスセンサと一体の外部部品の外表面に誤りなく付すことができる。

【0027】

本発明の実施形態に係るガスセンサの製造方法は、例えば上述のようにして行うことができる。まず、センサ素子１００の外表面に、第１情報部１１０を付す（第１情報部付与工程）。次いで、第１情報を読み取る（第１情報読み取り工程）。そして、第１情報部１１０が表出するようにセンサ素子１００を主体金具３０に保持する（主体金具保持工程）。
次に、第１情報部１１０を含むセンサ素子１１０の外周をケース（本例では、外筒２５及びプロテクタ２４）で覆ってガスセンサ１を組み付けると共に、第１情報読み取り工程で読み取った第１情報の少なくとも一部を含む第２情報を、第２情報部７０に格納して、ガスセンサ１又はガスセンサ１と一体の外部部品の外表面に付す（第２情報部付与工程）。

【0028】

このように、センサ素子１００がガスセンサ１に組み付けられて第１情報部１１０が隠ぺいされる前に第１情報を読み取り、読み取った第１情報に基づいて第２情報部７０を付すようにすれば、ガスセンサ１組付け後に第１情報を読み取れなくなる不具合が解消される。また、センサ素子１００を取り違えて別のガスセンサに誤った第２情報部７０を付すことを防止できる。
その結果、センサ素子個体に関連する情報を、ガスセンサ又はガスセンサと一体の外部部品の外表面に誤りなく付すことができる。

【0029】

主体金具保持工程は、第１情報読み取り工程の後に限らず、第１情報読み取り工程の前に行ってもよい。

【0030】

なお、第１情報部１１０及び第２情報部７０としては、記号、文字列、数字、バーコード等が挙げられ、その印字方法は、印刷、レーザ刻印等が挙げられる。
又、第１情報は、センサ素子個体に関連する情報であればよく、例えば、個々のセンサ素子１００に割り当てられた製造情報（素子ＩＤ，製造年月日、製造ロット、シリアルナンバー）が挙げられる。
第２情報は、第１情報の少なくとも一部を含むものであればよく、第１情報に加えて、例えばセンサ素子１００の出力特性情報（起電力等のセンサの出力特性そのもの、出力特性に応じたランク値など）を含めることができる。

【0031】

図３は、ガスセンサ１又はガスセンサ１と一体の外部部品１５０、１８０に第２情報部を付す別の態様を示す。
ここで、「ガスセンサと一体の外部部品」とは、ガスセンサと結合しており、ガスセンサから切り離せない部品をいう。図３の例では、ガスセンサ１から外部に引き出されたリード線１１～１５（図１）を耐熱チューブ１５０で覆い、かつリード線１１～１５の後端が雄コネクタ１８０に接続されている。これら耐熱チューブ１５０、雄コネクタ１８０はガスセンサ１と結合しており、「外部部品」に相当する。
図３の例では、第２情報部を付す態様として、例えば「ケース」をなす外筒２５又はプロテクタ２４の外表面に、それぞれ第２情報部を７３又は７４を付す場合が挙げられる。
又、「外部部品」をなす耐熱チューブ１５０に、第２情報部７２を付したシール８０を巻き付けて貼付することもでき、雄コネクタ１８０の外表面に第２情報部を７５を付してもよい。

【0032】

本発明は上記実施形態に限定されず、例えば、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ（ＮＯｘセンサ素子）や、ＨＣ濃度を検出するＨＣセンサ（ＨＣセンサ素子）等に本発明を適用してもよい。又、センサ素子は板状に限らず、筒状であってもよい。

【0033】

又、第２情報は、第１情報の少なくとも一部を含むものであればよく、第１情報と同一の情報でもよく、第１情報のうち一部の情報を減らしたものでもよい。また、第２情報が第１情報に加えて付加情報を有する場合、その付加情報は上記の出力特性情報に限られない。
又、第２情報が第１情報に加えて付加情報を有しない場合、図２のデータベース２００は必須でなく、制御部２１０は、読み取った第１情報のすべてをそのまま第２情報とするか、読み取った第１情報の一部を減らして第２情報とする処理を行えばよい。

【符号の説明】

【0034】

１ ガスセンサ
２４ ケース（プロテクタ）
２５ ケース（外筒）
３０ 主体金具
３２ 六角形部
７０，７２～７５ 第２情報部
１００ センサ素子
１１０ 第１情報部
１５０、１８０ 外部部品

【図1】

【図2】

【図3】